드론 Photogrammetry 기반 댐 시설물 안전점검 적용성 연구

박동순,유진일,유호준 한국구조물진단유지관리공학회 2023 한국구조물진단유지관리공학회 논문집 Vol.27 No.5

국가의 중요 방재시설인 대형 댐 시설물은 노후화와 홍수, 지진 등의 위험으로 디지털 전환 기술을 적용한 보다 나은 댐 안전점검및 진단이 필수적이다. 종래의 인력에 의한 육안 안전점검 방식은 인력 접근의 어려움과 고소작업의 위험성, 노하우 중심의 점검에서 오는 데이터의 신뢰성 등의 문제가 있었다. 본 연구에서는 2개 대규모 댐 시설물을 대상으로 드론 photogrammetry에 의한 디지털 데이터 기반 댐 안전점검의 적용성을 검토하고, 지속적 활용을 위한 데이터 관리 방법론을 제시하였다. 댐 높이 42 m 및 99.9 m의 댐들에 대해 수면 및 전자기장 간섭, 심한 고저차에도 불구하고 평면적 더블그리드 및 수동 촬영 방식으로 GSD 2.5 cm/pixel 이내의 양호한 3D 디지털 모델을 생성하였다. 생성된 3D 메쉬 모델, 정사영상, 수치표면모형으로 as-built 조건의 종단 및 횡단 선형을 손쉽게 추출하여 댐의 변형 모니터링에 효과적임을 확인하였다. 댐 여수로 등 콘크리트 시설물에 대한 디지털 3D 모델로부터 균열 및 손상부를 효과적으로 검출하고 시각화하였으며, 이는 고소작업의위험성 및 접근 제약 시설의 안전점검에 활용가능하다. 또한 댐의 안전점검 시 외관 조사망도를 3D 디지털 모델 상에서 매핑하는 방법과 손상정보 이력 관리를 위한 관계형 데이터베이스 구조화 방안을 제안하였다. SYG댐 여수로 안전점검에 대한 투입 노동력과 시간을 실측한 결과, 드론 photogrammetry 방법은 기존 인력 육안점검에 비해 48%의 생산성 향상 효과를 확인하였다. 드론 photogrammetry 기반 댐 안전점검 디지털 전환은 업무의 생산성과 데이터 신뢰성 향상에 매우 효과적인 것으로 판단된다. Large dams, which are critical infrastructures for disaster prevention, are exposed to various risks such as aging, floods, and earthquakes. Better dam safety inspection and diagnosis using digital transformation technologies are needed. Traditional visual inspection methods by human inspectors have several limitations, including many inaccessible areas, danger of working at heights, and know-how based subjective inspections. In this study, drone photogrammetry was performed on two large dams to evaluate the applicability of digital data-based dam safety inspection and propose a data management methodology for continuous use. High-quality 3D digital models with GSD (ground sampling distance) within 2.5 cm/pixel were generated by flat double grid missions and manual photography methods, despite reservoir water surface and electromagnetic interferences, and severe altitude differences ranging from 42 m to 99.9 m of dam heights. Geometry profiles of the as-built conditions were easily extracted from the generated 3D mesh models, orthomosaic images, and digital surface models. The effectiveness of monitoring dam deformation by photogrammetry was confirmed. Cracks and deterioration of dam concrete structures, such as spillways and intake towers, were detected and visualized efficiently using the digital 3D models. This can be used for safe inspection of inaccessible areas and avoiding risky tasks at heights. Furthermore, a methodology for mapping the inspection result onto the 3D digital model and structuring a relational database for managing deterioration information history was proposed. As a result of measuring the labor and time required for safety inspection at the SYG Dam spillway, the drone photogrammetry method was found to have a 48% productivity improvement effect compared to the conventional manpower visual inspection method. The drone photogrammetry-based dam safety inspection is considered very effective in improving work productivity and data reliability.

역설계 시스템 적용을 위한 3D 스캐너와 포토그래메트리 방식의 유용성 비교 - 특수분장을 위한 라이프 캐스트를 중심으로

김숭현 한국인체미용예술학회 2020 한국인체미용예술학회지 Vol.21 No.2

This paper investigated a non-contact white light 3D scanner and photogrammetry that could be applied to the human body by producing a face cast and positive mold for special effects using both methods. The results are described below. First, while it was possible to produce a face cast and positive mold using a 3D scanner without any interruption of the lighting system, the lighting system was significantly important for the production using photogrammetry. Next, 3D scanners currently available on the market now can acquire date only for the parts within the scope of CCD cameras. Thus, they need a matching process to compose the data scanned in various viewpoints to acquire complete shapes. However, the photogrammetry method can reduce and facilitate the time this takes as the software automatically matches data. Moreover, the 3D scanner method had less economic efficiency than the photogrammetry method because the former required a relatively higher cost of system implementation than the latter as well as a more inconvenient maintenance service and faster system aging. In accordance with the comparison on the accuracy of measurement results from the 3D scanners and photogrammetry on the human head, the results were the same as those using a globally certified 3D scanner. Furthermore, the photogrammetry software with a simple user menu structure is easier for those who are not as skilled in computer-related subjects than 3D scanners requiring a separate matching process. Accordingly, 3D scanning using photogrammetry method will reduce expenses for purchasing the system and enable a life cast without any professional help needed. Application of photogrammetry for life casts will be another approach to reduce the burden to secure the labor and material resources related to the introduction and implementation of the digital-based processes in the special effect industry and so to improve accessibility.

사진측량과 컴퓨터비전 간의 카메라 렌즈왜곡 변환

홍송표,최한승,김의명 한국측량학회 2019 한국측량학회지 Vol.37 No.4

Photogrammetry and computer vision are identical in determining the three-dimensional coordinates of images taken with a camera, but the two fields are not directly compatible with each other due to differences in camera lens distortion modeling methods and camera coordinate systems. In general, data processing of drone images is performed by bundle block adjustments using computer vision-based software, and then the plotting of the image is performed by photogrammetry-based software for mapping. In this case, we are faced with the problem of converting the model of camera lens distortions into the formula used in photogrammetry. Therefore, this study described the differences between the coordinate systems and lens distortion models used in photogrammetry and computer vision, and proposed a methodology for converting them. In order to verify the conversion formula of the camera lens distortion models, first, lens distortions were added to the virtual coordinates without lens distortions by using the computer vision-based lens distortion models. Then, the distortion coefficients were determined using photogrammetry-based lens distortion models, and the lens distortions were removed from the photo coordinates and compared with the virtual coordinates without the original distortions. The results showed that the root mean square distance was good within 0.5 pixels. In addition, epipolar images were generated to determine the accuracy by applying lens distortion coefficients for photogrammetry. The calculated root mean square error of y-parallax was found to be within 0.3 pixels. 사진측량과 컴퓨터비전 분야는 카메라에서 촬영된 영상에서 3차원 좌표를 결정하는 것은 동일하지만 두 분야는 카메라 렌즈왜곡 모델링 방법과 카메라 좌표계의 차이점으로 인하여 서로 간에 직접적인 호환이 어렵다. 일반적으로 드론 영상의 자료처리는 컴퓨터비전 기반의 소프트웨어를 이용하여 번들블록조정을 수행한 후 지도제작을 위해서 사진측량 기반의 소프트웨어로 도화를 수행하게 된다. 이때 카메라 렌즈왜곡의 모델을 사진측량에서 사용하는 수식으로 변환해야 하는 문제에 직면하게 된다. 이에 본 연구에서는 사진측량과 컴퓨터비전에서 사용되는 좌표계와 렌즈왜곡 모델식의 차이점에 대하여 기술하고 이를 변환하는 방법론을 제안하였다. 카메라 렌즈왜곡 모델의 변환식의 검증을 위해서 먼저 렌즈왜곡이 없는 가상의 좌표에 컴퓨터비전 기반의 렌즈왜곡 모델을 이용하여 렌즈왜곡을 부여하였다. 그리고 나서 렌즈왜곡이 부여된 사진좌표를 이용하여 사진측량 기반의 렌즈왜곡 모델을 이용하여 왜곡계수를 결정한 후 사진좌표에서 렌즈왜곡을 제거하여 원래의 왜곡이 없는 가상좌표와 비교하였다. 그 결과 평균제곱근거리가 0.5픽셀 이내로 양호한 것으로 나타났다. 또한 사진측량용 렌즈왜곡 계수를 적용하여 정밀도화 가능여부를 판단하기 위해서 에피폴라 영상을 생성하였다. 생성된 에피폴라 영상에서 y-시차의 평균제곱근오차가 계산한 결과 0.3픽셀 이내로 양호하게 나타났음을 알 수 있었다.

머리고정기(Cephalostat)를 이용한 표준임상사진술에서 사진계측법: 인체계측법과의 비교

권혁준,한기환,김준형,손대구 대한성형외과학회 2007 Archives of Plastic Surgery Vol.34 No.1

Purpose: Direct anthropometry is an ideal method for preoperative planning and postoperative evaluation in plastic surgery, but it requires highly skilled specialty. Indirect anthropometry, especially photogrammetry, is an alternative method. In photogrammetry, standardized clinical photography is essential. Photogrammetry-based standardized clinical photography has several advantages over direct anthropometry. It is easier to measure and has less chance to make errors during measurement. Furthermore, it is possible to repeat measurements, and available for follow up study based on permanent custody. But, it is still different from actual measurement, and inherently less accurate than anthropometry. Methods: The authors revised the standardized clinical photography and then, carried out photogrammetry using Photoshop(Adobe, U.S.A.), and compared each data with those of anthropometry. The subjects were 50 males and 50 females, undergraduate medical students in twenties. Standard head position was obtained from the wire, fixed to cephalostat which indicates the Frankfort horizontal plane. All photographs were taken at the same situation such as fixed position of light, subject and camera, etc. Results: Total 96 measurements, based on 40 landmarks, consist of linear measurements, angular measurements and inclinations include 3 measurements in head, 22 in face, 15 in orbit, 28 in nose, 16 in lip and mouth, and 12 in ear. Conclusion: Normal photogrammetric data of face of Korean in twenties was obtained. Reliable photogrammetric measurements, not significantly different from anthropometric measurement statistically, accounted for 44 in 96 measurements(45.8%). Anthropometric values different from those of photogrammetric values were obtained by multiplying coefficient by photogrammetric value.

UAV Photogrammetry 기반 중동제 하천 제방의 안전점검

박동순 ( Park Dongsoon ),유호준 ( You Hojun ),이지은 ( Lee Ji-eun ) 한국구조물진단유지관리공학회 2023 한국구조물진단유지관리공학회 학술발표대회 논문집 Vol.27 No.1

대규모 방재 시설의 3차원 디지털 모델의 활용성 실증을 위하여 상주보 직하류에 위치한 하천 제방인 중동제에 UAV Photogrammetry 기술을 적용하여 안전점검을 수행하였다. UAV 매핑을 위해 April Tag를 활용한 지상기준점 측량을 수행 하였다. 후처리를 통해 3D Mesh 모델 생성, 정사영상 및 DSM을 통한 공간정보와 프로파일 분석을 수행하였다. UAV 광학 영상과 함께 열화상 영상도 획득하여 3D 디지털 모델을 구현하고 제방의 외관상태조사를 정량적으로 진행하였다. Photogrammetry 기반의 중동제 하천 제방 3D 디지털 모델 분석 결과, 제체는 안정한 것으로 판단되었다. UAV Photogrammetry는 기존 인력조사 위주의 하천 제방 안전점검에 비해 인력과 시간, 데이터 신뢰도 측면에서 보다 우수한 것으로 판단되었다. 또한 준공도면과의 횡단, 종단 선형 비교와 관심지점의 표고 측량 등에 매우 유용함을 확인하였다.

연구사례 조사 및 정확도 분석에 의한 무인항공사진측량의 유효성 평가

이근왕,박준규 (사)디지털산업정보학회 2018 디지털산업정보학회논문지 Vol.14 No.4

Recently, the development of sensor technology has led to an increase in research on unmanned aerial photogrammetry in various fields such as digital mapping, monitoring, cadastral survey, coastal survey, and topographic survey. However, existing studies are mainly limited experiments and analysis of specific application field, which is insufficient to demonstrate the validity of unmanned aerial photogrammetry for geospatial information construction. In this study, the studies related to the accuracy of unmanned aerial photogrammetry were investigated. The flight altitude and accuracy of horizontal direction is proportional to the GSD by analyzing the results of the individual studies conducted on the unmanned aerial photogrammetry within the last 5 years. In addition, the accuracy of the evaluation results varied widely according to the experimental conditions, and the problems of the previous studies that lacked the number of samples to evaluate the results were identified. A total accuracy analysis of 322 checkpoints yielded an accuracy of 0.028m in the horizontal direction and 0.044m in the vertical direction. In the future, the results of this study can be used as a basis for the validity of spatial information construction using unmanned aerial photogrammetry.

드론사진측량에 의한 도로표지 위치정보 정확도 평가

성홍기,정규수,이창노 한국측량학회 2019 한국측량학회지 Vol.37 No.4

The road sign location information installed on national roads is continuously updated using MMS (Mobile Mapping System) technology. It is possible to map accurate road facilities by MMS, but the equipment is very expensive and requires specialized technology. Also, the accuracy of the position of the object greatly depends on the GPS (Global Positioning System) accuracy. In the case of road facility mapping, the advantage of drone is more remarkable than that of field survey or conventional aerial photogrammetry. In particular, it is more efficient than field surveying and it is possible to acquire high resolution images with low budget compared to conventional aerial photogrammetry. In this study, the accuracy of the location information measured by the existing MMS is compared with the GPS survey result and the accuracy analysis is performed by the drone aerial photogrammetry. In order to confirm the space accuracy that can be obtained when conducting drone aerial photogrammetry, the accuracy of the change in the number of ground control points and the degree of overlap was evaluated. As a result of the experiment, it was possible to obtain sufficient accuracy with two ground control points distributed at both ends of the road and 60% overlap. 전국 국도에 설치된 도로표지 위치정보는 MMS(Mobile Mapping System) 기술을 이용하여 지속적으로 갱신하고 있다. MMS에 의해 정확한 도로시설물 매핑이 가능하지만 장비가 고가이고 전문적인 기술이 요구된다. 또한 대상물의 위치 정확도가 GPS 정확도에 크게 좌우된다. 도로시설물 매핑의 경우, 지상 측량이나 유인 항공기에 비해 드론의 운용 장점이 부각되는 분야이다. 특히, 지상 측량에 비해 효율적이고, 유인 항공기에 비해 저예산으로 고해상도의 영상의 획득이 가능하다. 본 연구에서는 도로표지를 대상으로 기존의 모바일 매핑 시스템에 의해 측정된 위치정보의 정확도를 GPS 지상 측량에 의해 검증하고 드론 항공사진 측량 결과와 비교분석 하였다. 드론 항공사진측량에 의한 경우 획득 가능한 공간 정확성을 확인하기 위해 기준점 수 및 중복도에 변화에 따른 정확성을 평가 해보았다. 실험 결과 도로 양 끝에 분포한 2개의 기준점으로 충분한 정확도를 얻을 수 있었으며 60%의 중복도로 도로표지의 좌표를 산출하는데 활용할 수 있었다.

드론 사진측량 자료를 활용한 수목 3D 모델링 구축

박진욱(Park, Jin-Wook),김영표(Kim, Yeong-Pyo) 한국산림휴양복지학회 2021 한국산림휴양학회지 Vol.25 No.1

본 연구는 보급형 드론과 사진측량 기법을 활용하여 수목의 3D 모델을 구축하고 실제 측정한 수고와 비교하여 수목 3D 모델링의 정밀도를 파악함으로서 보급형 드론과 사진측량 기법을 활용한 수목 3D 모델링의 현장 적용가능성을 제시한 연구이다. 본 연구의 결론을 요약하면 다음과 같다. 첫 번째, 서로 다른 형태의 수목을 대상으로 3D 모델링 구축을 시도한 결과, 두 대상 모두 전체적인 수형의 특성을 파악할 수 있는 정밀도의 3D 모델이 구축되었다. 이는 접근이 불가능하거나 어려운 지역에서 수목의 특성 등을 지속적으로 모니터링할 수 있는 유효한 방법으로 현장에서 적용이 가능할 것으로 생각된다. 다만, 잎이 밀생한 가지 등의 디테일함에 있어서는 모델링 구축의 한계점을 보이고 있다. 두 번째, 구축한 수목의 3D 모델과 현장에서 실측한 수목의 수고를 비교한 결과 0.5m 이내로 고가의 정밀 장비 보다는 오차가 있으나, 현장에서는 실질적으로 활용 가능할 것으로 판단된다. 세 번째, 3D 모델링 구축에서는 메쉬 데이터 형성 후에 텍스쳐 맵핑 작업이 용이하기 때문에 레이저 스캔에 의해 구축한 디지털 데이터와 다르게 RGB 영상으로 수목의 특성을 파악할 수 있는 장점도 지니고 있다. The paper suggests the applicability of tree 3D modeling which features entry-level drones and photogrammetry. In the experiment, the data of the 3D modeling were obtained through constructing 3D modeling of a tree with an entry-level drone and a photogrammetry program, and then comparing it with the actual size of the tree measured. The results were as follows. First, after establishing the 3D modeling of two trees with differing shape, it turns out that the modeling was accurate enough to distinguish the characteristic difference between the subjects. The experiment shows that the drone photogrammetry method can be applied to monitoring characteristics of tree species in an area which has little or no access. However, it also shows that the details of the 3D modeling should be enhanced regarding branches densely covered with leafs. Second, as the comparison between the 3D modeling and the actual subject indicates, the margin of error was about 0.5 meter. Even though the margin is less satisfactory than that of high-priced equipments, it is sufficient enough to facilitate the use of drone photogrammetry method in the field. Third, 3D modeling construction also provides a visual benefit, RGB image of trees, which allows researchers to grasp characteristics of tree species surveyed more easily, because photogrammetry method offers relatively easier texture mapping process after the mesh data construction than laser introduced detection and ranging, LIDAR.

Post-Earthquake Reconnaissance of a Dam with Stabilizing Fill using Drone Photogrammetry

DongSoon Park 한국방재학회 2023 한국방재학회논문집 Vol.23 No.5

지진 후 현장점검은 댐과 같은 구조물의 안전을 평가하는데에 중요한 과정이다. 댐은 특히 붕괴될 경우 주변 지역에 심각한 피해를 유발하기 떄문에 지진 후 안전성을 검토해야 할 매우 중대한 구조물이다. 이 논문은 2019년 4월 M6.1 루손 지진 이후 안정화 필로 보강된 필리핀 Angat 댐의 드론(UAV) 사진측량 기반 지진 후 점검에 대해 기술한다. 지진 후 점검 내용에는 육안조사, 드론 디지털 매핑, 지진으로 인한 변형 모니터링, 댐 안전성 분석 등을 포함한다. 댐 계측 데이터 분석에 따르면 지진으로 인한 댐 마루 침하, 간극수두 및 침투수량의 눈에 띄는 변화는 없었다. 그러나 드론 사진측량에 따르면 댐 마루를 따라 종방향으로 지진으로 인한 균열이 발생한 증거를 확인하였다. 드론 사진측량은 수치표면모형, 정사영상, 현장조건을 반영한 GIS 형상화로 지진 시 균열과 변형의 공간적 분포를 제시하였다. 본 연구는 지진으로 댐마루 융기 변형이 기존 댐체와 안정화 필존 사이 상호작용으로 유발되었음도 발견하였다. 드론 디지털 매핑 결과는 정기적인 매핑을 통해 향후 변형 모니터링을 위한 3차원 공간 디지털 모델에서 유용한 참고 자료가 될 수 있음이 입증되었다. Post-earthquake reconnaissance is an important process for assessing the safety of massive structures. Dams are critical structures that require evaluation following an earthquake, as dam failure can lead to significant damage to the surrounding area. This paper presents drone (unmanned aerial vehicle) photogrammetry-based reconnaissance of the Angat Dam (Philippines), which has stabilizing fill, following the M 6.1 Luzon earthquake in April 2019. The author presents the results of visual inspection, drone digital mapping, and seismically induced deformation monitoring, as well as a general interpretation of dam safety. Analysis of the instrumentation data did not indicate that any significant changes in crest settlement, piezometric head, or seepage rate resulted from the earthquake. However, seismically induced longitudinal cracking along the dam crest was observed in the drone photogrammetry. The digital surface model, orthoimage, and as-built GIS geometry characterizations generated using the drone photogrammetry facilitated the geospatial analysis of seismic cracking and deformation. It is found that the uplift deformation was caused by counteracting effects between the existing dam body and its stabilizing fill. It is concluded that the results obtained using drone digital mapping are a valuable reference for future deformation monitoring using regular mapping methods in a 3D geospatial digital model.

해안선 조사의 표준화를 위한 무인항공 사진측량 방법의 적용

김민규,정갑용 사단법인 인문사회과학기술융합학회 2017 예술인문사회융합멀티미디어논문지 Vol.7 No.5

Korea Hydrographic and Oceanographic Agency is constructing and managing standardized shoreline data and conducting coastal shoreline surveys to establish the foundation of long-term national ocean policy. And introduces a method using an unmanned aerial vehicle to survey coastline changes, In this study, the application of the unmanned aerial photogrammetry technique to survey the shoreline and the accuracy of the survey was performed for standardization. And the improvement of current regulations were sought. The study showed that employing unmanned aerial photogrammetry could effectively generate the efficacy of the DSM and ortho image. As a result of the accuracy evaluation of the unmanned aerial photogrammetry, the deviation of N, E, and H is 0.06m maximum. And the deviation is 2.5 times bigger than GSD considering the ground resolution of the result of the unmanned aerial photogrammetry. In addition, for the effective application of unmanned aerial photogrammetry to coastline variation surveys, the regulation of unmanned aerial photogrammetry was proposed through the analysis of the existing regulations. 국립 해양조사원은 장기 국가 해양정책 수립과 추진의 기반을 정립하고자 표준화된 해안선자료의 구축 및 관리와 지속적인 해안선 조사를 수행하고 있으며, 해안선 조사에 무인항공기를 이용한 방법을「해안선 조사 및 자료 처리 등에 관한 업무규정」에서 정의하고 있다. 본 연구에서는 해안선 조사의 표준화를 위한 무인항공 사진측량의 활용성 평가를 수행하고, 현행 규정의 분석을 통해 개선점을 도출하고자 하였다. 연구 결과, 연구대상지에 대한 DSM(Digital Surface Model)과 정사영상을 효과적으로 생성할 수 있었다. 무인항공 사진측량에 대한 정확도 평가 결과 N, E, H 각 성분별 편차는 최대 0.06m정도로 나타났으며, 무인항공 사진측량의 결과의 GSD를 고려했을 때 수평방향은 GSD의 1.5배, 수직방향은 2.5배 정도의 오차를 나타냄을 알 수 있었다. 또한 무인항공 촬영에 대해 정의하고 있는 타 법령의 조항과 해안선 조사의 목적인 표준화된 데이터의 지속적인 구축 방안을 고려한 규정의 분석을 통해 개선안을 제시하였다.